DE102013003612A1

DE102013003612A1 - Verfahren zum Härten und/oder Bauteil schonenden Lösen von Klebverbindungen im elektromagnetischen Feld

Info

Publication number: DE102013003612A1
Application number: DE201310003612
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-04

Abstract

Ein Verfahren, mit dessen Hilfe Klebschichten, die mindestens zwei technische Bauteile verbinden und/oder auf Bauteilen befindliche Schichten, ausgehärtet oder für die Demontage Bauteil schonend zerstört werden können. Dazu werden bevorzugt in den Klebstoff bzw. in das zur Beschichtung von Bauteilen verwendete Material metallische Feinpulverzusätze eingebracht, die unter der Einwirkung elektromagnetischer Felder und/oder elektrischer Stromdurchschläge gezielt erhitzt werden, um o. a. gewünschte Effekte zu erreichen. Aber auch ohne Metallpulverzusätze können durch angelegte Elektroden in einer quasi als Dielektrikum geschalteten Klebschicht die gewünschten Hartungs- oder Zerlegungseffekte erzielt werden. Für die notwendigen elektrophysikalischen bzw. biochemischen Effekte werden miteinander verklebte metallische Bauteile direkt als Elektroden geschaltet oder es werden Hilfselektroden angebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dessen Hilfe Klebschichten, die mindestens zwei technische Bauteile verbinden und/oder auf Bauteilen befindliche Schichten, ausgehärtet oder für die Demontage Bauteil schonend zerstört werden können. Dazu werden bevorzugt in den Klebstoff bzw. in das zur Beschichtung von Bauteilen verwendete Material metallische Feinpulverzusätze eingebracht, die unter der Einwirkung elektromagnetischer Felder und/oder elektrischer Stromdurchschläge gezielt erhitzt werden, um o. a. gewünschte Effekte zu erreichen.
Aber auch ohne Metallpulverzusätze können durch angelegte Elektroden in einer quasi als Dielektrikum geschalteten Klebschicht die gewünschten Hartungs- oder Zerlegungseffekte erzielt werden. Für die notwendigen elektrophysikalischen bzw. elektrochemischen Effekte werden miteinander verklebte metallische Bauteile direkt als Elektroden geschaltet oder es werden Hilfselektroden angebracht.
Ein solches Verfahren wird bspw. in der DE 10 2007 033 566 B3 angesprochen. Es beschreibt insbesondere die Möglichkeiten und Vorteile der Verwendung anorganischer Bindemittel mit Metallpulverzusätzen in Feinstpulverform bis hin zu nanofeinen Pulvern für hitzebeständige Klebungen in der Technik. Im Fahrzeugbau können damit scheiben- und plattenförmige Bauteile wie sie für Bremsen oder Kupplungen Verwendung finden, aber auch andere, durch besonders hohe Betriebstemperaturen beanspruchte Teile, z. B. im Katalysatorbereich, klebtechnisch verbunden und, was für das Recycling besonders wichtig ist, Bauteil schonend wieder gelöst werden, wobei durch das Anlegen eines elektromagnetischen Feldes eine schnellere Warmaushärtung oder, durch starke Erhitzung der Klebschicht, die für die Demontage erforderliche Sprengung des anorganischen Polymergerüsts erfolgt. Innere Spannungen, wie sie durch unterschiedliche Wärmedehnung von gehärteten Klebstoffen und Metallpulvereinlagerungen entstehen, begünstigen den Zerfall der Klebschicht.
Es gibt jedoch keinen Hinweis auf die in vorliegender Erfindung enthaltenen Lehre, die zu verklebenden Bauteile, sofern sie metallisch sind, zugleich als Elektroden für den Aufbau von HF-Feldern zu benützen oder sie als Kondensatorplatten zu schalten, um mit Wechsel- oder Gleichstrom die Klebschicht quasi als Dielektrikum zu erhitzen. Ist die Zerstörung der Klebschicht gewünscht, so kann durch Spannungserhöhung ein Stromdurchschlag erzeugt werden, der über die feinsten, gleichmäßig verteilten Metallpulvereinlagerungen unzählige Mikrolichtbögen produziert. Damit können im Inneren der Klebschicht hohe Temperaturen erreicht werden, durch die sowohl der Härtungsprozess eingeleitet und gesteuert, aber auch der Zerfall der Klebschicht, abhängig von Temperatur, Erhitzungsgeschwindigkeit und Art der Metallpulverpartikel bewirkt werden kann. Grundsätzlich sind solche Effekte auch ohne Metallpulverzusätze erreichbar, jedoch führen Feinstpulver, vor allem aus Nanopartikeln, zu schnelleren und besseren Ergebnissen. Damit kann auch ein feinerer Zerfall von Klebschichten bis hin zu einer Pulverisierung der Rückstände erzielt werden. So lassen sich Steckverbindungen, die wegen der Verkeilung von Bindemittelrückständen im Spalt mit konservativen Methoden wie Erhitzung von außen, mechanische Gewaltanwendung u. ä. nur schwer demontierbar sind, nach Pulverisierung der Klebschicht mit dem hier vorgestellten Verfahren leichter auseinanderziehen.
In der Literatur wird auch eine Methode beschrieben, mit Gleich- oder Wechselstrom die Gleichmäßigkeit einer Klebschicht zu kontrollieren (Fauner/Endlich: Angewandte Klebtechnik, Hanser Verlag München Wien, 1979, S. 167). Es gibt jedoch keinen Hinweis für die Verwendungsmöglichkeit von Wechsel- oder Gleichstrom für die in dieser Erfindung vorgestellten Zielsetzungen.
Anorganische Klebstoffe auf Basis von Silikaten (SIO₂) oder Aluminium-Oxiden (Al₂O₃) sowie viele Keramiken und anorganische Beschichtungsmaterialien haben Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5 bis 13 × 10^–6/°C, Weichmetalle wie Zinn, Zink, Kupfer oder Aluminium dagegen 16 bis 29 × 10^–6/°C und eignen sich, kombiniert, für die beschriebenen Klebungen und Beschichtungen, die durch Überhitzungen demontiert werden können. Gleiches darf bei Verwendung von preisgünstigen Zementen für Klebverbindungen auch für höhere technische Ansprüche bspw. im Maschinenbau, erwartet werden. Auch hier können die sich in der Wärme stärker ausdehnenden Metallpartikel, wie Keile die Klebschicht sprengen. Je feiner diese sind umso leichter rückstandfreie Bauteiloberflächen erreicht.
Bei Verwendung organischer Klebstoffe sowie von Kunststoffen für eine Oberflächenbeschichtung hängt die Wirkung der in dieser Erfindung beschriebenen elektrothermischen Verfahren davon ab, ob und in wieweit der Klebstoff bzw. die aufgetragene Schicht durch Wärmezufuhr chemisch oder physikalisch gehärtet werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Demontage werden auch die organischen Schichten mit oder ohne Metallpulverzusätzen bis zum Zerfall erhitzt. Auch hierbei sind Elektroden für die Überhitzung des zu zerstörenden Dielektrikums bzw. zu Erzeugung der Lichtbögen im Inneren der Schicht einzusetzen.
Die Patente DE 196 47 369 A1 und DE 198 12 577 C1 beschreiben Stoffe, die Nanokomponenten enthalten. Letztere lässt den Schluss zu, dass für die „... Beeinflussung der elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit” als eine weitere Komponente ein Metall vorgesehen ist. Es wird jedoch in keiner Weise auf die Härtung und/oder Zerlegung von Klebschichten, Beschichtungen sowie von entsprechend aufgebauten nichtmetallischen Kompaktkörpern mit Hilfe von Wechsel- und/oder Gleichstrom eingegangen.
Das Patent DE 100 09 142 beschreibt die Möglichkeit, nanofeine Feststoffpartikel und andere pulverisierte Stoffe durch Anwendung von Vibrationen und/oder mechanischen Schockwellen zu Formkörpern mit gezielter Schichtstruktur zu verarbeiten. Eine Steuerung der Härtung reaktiver Komponenten durch Einsatz verschiedener Mittel, zu denen auch Wechselstrom (kein Gleichstrom) und Ultraschall zählen, kann der Beschreibung entnommen werden. Die elegante Methode, metallische Bauteile zugleich als Elektroden zu verwenden um damit Klebschichten zu härten oder zu lösen, wird nicht erwähnt, auch nicht die Zerstörung des Formkörpers mit den erwähnten Methoden der Energiezufuhr. Dabei wäre noch zu ergänzen, dass Ultraschall nach derzeitigem Erkenntnisstand zumindest durch metallische Bauteile hindurch für eine Klebstoffhärtung oder Zerstörung der Schicht zu energiearm ist und somit für Montageverfahren zum Zwecke des Recyclings nicht in Frage kommt Die Anwendung der in dieser Erfindung beschriebenen Verfahrensarten ist durch die Zusammenstellung geeigneter Materialien und Bauteile in den meisten Fällen möglich. So können bspw. geklebte Keramikteile bei der Demontage mit den erfindungsgemäßen Verfahren dadurch geschützt werden, dass nur in die Klebschicht Metallpartikel eingelagert werden, die den Zerfall verursachen. Trotz angelegter metallischer Hilfselektroden kann dann der Prozess so gesteuert werden, dass die Keramikteile nicht oder nur in geringerem Umfang von der Erhitzung betroffen sind.
Die Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden durch die nachstehenden Zeichnungen und ihre Beschreibung ergänzt. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben einen prinzipiellen Charakter.
Es zeigen:
1 Zwei metallische, flächige Bauteile 1a und 1b bspw. Scheiben von Kfz-Bremsen oder -Kupplungen, die durch eine Klebschicht 2 miteinander verbunden sind und durch Anlegen von Gleichstrom (–) oder Wechselstrom (~) als Elektroden zur Härtung oder/und Zerlegung der Klebschicht verwendet werden. Die Bauteile können auch stufenförmig abgesetzt, gekrümmt oder mehrteilig ausgebildet sein.
2 Ein flächiges Bauteil 4, das eine festhaftende Oberflächenbeschichtung 5 aufweist. Auch hier dient das metallische, beschichtete Bauteil als Elektrode, auf die freie Oberflächenschicht muss eine Hilfselektrode 3 aufgesetzt werden. Stromzufuhr wie bei 1.
3 Ein Beispiel für die klebtechnische Verbindung zweier nicht metallischer Bauteile 7a und 7b bspw. aus Keramik, Glas oder Kunststoff. Die Klebschicht 8 weicht in ihrer stofflichen Zusammensetzung von ihnen ab, indem sie bspw. Metallpulvereinlagerungen enthält. Das ist eine Möglichkeit sicherzustellen, dass sie für die Härtung oder Zerlegung im elektromagnetischen Feld thermisch höher belastet wird als die zu schützenden Bauteile. Diese Anordnung erfordert zwei Hilfselektroden für die gewünschten Effekte (6a und 6b).
4 Das Prinzip einer Steckverbindung wie sie bei Wellen-Nabenverbindungen und Rohr-Rohrverbindungen gegeben ist Auch hier sind die metallischen Bauteile 9 und 10 als Elektroden geschaltet Bei nichtmetallischen Bauteilen können geeignet geformte Hilfselektroden eingesetzt werden, um die gewünschte Wirkung in der Klebschicht 11 zu erzielen. Eine angepasste konstruktive Formgebung und Materialauswahl ist für alle Teile erforderlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007033566 B3 [0003]
DE 19647369 A1 [0008]
DE 19812577 C1 [0008]
DE 10009142 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Fauner/Endlich: Angewandte Klebtechnik, Hanser Verlag München Wien, 1979, S. 167 [0005]

Claims

Verfahren zum Härten oder Lösen oder/und Zerstören von Klebschichten zwischen, oder Oberflächenbeschichtungen auf Konstruktionsteilen, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anlegen von elektrischer Gleich- oder Wechselspannung an durch Klebung verbundene Metallteile oder/und zusätzlich angelegten metallischen Hilfselektroden oder/und Induktionsschleifen durch eine steuerbare Erhitzung die chemische Klebstoffhärtung bzw. physikalische Verfestigung des Klebstoffs oder von Oberflächenbeschichtungen eingeleitet, beschleunigt und gesteuert bzw. eine bereits gehärtete oder verfestigte Kleb- oder Oberflächenschicht Bauteil schonend wieder gelöst oder/und zerstört werden kann.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei gezielter Überhitzung der Klebschicht oder Oberflächenbeschichtung im elektromagnetischen Feld durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Klebstoff bzw. Beschichtungsmaterial und eingelagerten Metallpulverpartikeln durch innere Spannungen Risse entstehen, die zum Zerfall der Klebschicht bzw. der Oberflächenschicht führen und damit das Bauteil schonende Recycling ermöglichen.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei gegenüberliegende und durch die sie verbindende Klebschicht voneinander getrennte metallische Bauteile direkt als Elektroden für das Anlegen einer elektrischen Gleich- oder Wechselspannung dienen.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der einen Seite einer geklebten oder mit einer nichtmetallischen Oberflächenschicht versehenen Konstruktion, die keinen metallischen Abschluss aufweist, eine Hilfselektrode aufgebracht wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Klebungen nichtmetallischer Konstruktionsteile bspw. aus Keramik, Glas, Kunststoff, Kohlenstoff oder Verbundwerkstoffen metallische Hilfselektroden oder Induktionsschleifen beidseitig auf die durch Klebungen zu verbindenden oder von den Klebschichten abzulösenden Bauteilen aufgelegt oder montiert werden.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Klebschichten oder Oberflächenschichten aus organischen chemischen Verbindungen mit oder ohne Metallpulverzusätzen die Erhitzung durch die Stromzufuhr so gesteuert wird, dass die Härtung durch chemische Reaktion oder physikalische Verfestigung durch Austreibung von Lösungsmitteln oder H₂O, aber auch bei beabsichtigter Demontage der Zerfall polymerer Molekularstrukturen bis hin zur Verkohlung erfolgt.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Elektroden in der Klebschicht bzw. Oberflächenbeschichtung ein elektrischer Durchschlag, verbunden mit der Entstehung mehrerer elektrischer Lichtbögen erzeugt wird, womit die Schichten gehärtet, verfestigt oder zerstört werden können.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 3, 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleb- oder Oberflächenschicht aus mindestens einer anorganischen Komponente aufgebaut ist.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleb- oder Oberflächenschicht metallische Feinpulverzusätze mit einer mittleren Partikelgröße ≤ 10 μm enthält.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kleb- oder Oberflächenschicht metallische Feinstpulverzusätze einer mittleren Partikelgröße ≤ 700 nm, vorzugsweise zwischen 100 nm und 500 nm aufweist.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 5, 7, 8, 9, 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine anorganische Klebstoffkomponente aus Zementfeinpulver besteht.
Verfahren nach den Patentansprüchen 1 bis 7, 10, 11, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen und nichtmetallischen Komponenten in Pulverform in der Kleb- oder Oberflächenschicht unter Anwendung von Ultraschall oder Hochfrequenzgeneratoren homogen verteilt werden, womit ein optimaler Hartungs-, Verfestigungs- bzw. Ablösungsprozess, letzterer bis zu völlig rückstandsfreien, für das Recycling geeigneten Bauteilen, erreicht werden kann.